加束寿命试验(1)

1、U-Home U-Home 本部本部2008. 10. 312008. 10. 311. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要2. 2. 加速寿命试验原理加速寿命试验原理3. 3. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 4. 4. 加速模型加速模型5. 5. 故障率和耐久寿命故障率和耐久寿命ContentsContents 以缩短实验时间为目的以缩短实验时间为目的, , 比比基准条件基准条件加严的条件下进行的实验加严的条件下进行的实验 种类种类 : : 加速加速寿寿命命测试测试, , 加速加速应应力力测试测试 加速加速寿寿命命测试测试(ALT:Accelerated Life Test)(A

2、LT:Accelerated Life Test) 比正常使用比正常使用条条件加件加严严的的应应力水准下力水准下进进行行试验试验, , 促促进产进产品的故障品的故障, , 从尽从尽快快时间内时间内 收集的故障信息中收集的故障信息中, , 推定推定寿寿命命- -应应力的力的关关系系, , 从从而推定使用而推定使用条条件下的件下的寿寿命的命的 一一种测试种测试 加速加速应应力力测试测试(AST:Accelerated Stress Test)(AST:Accelerated Stress Test) PBA, Units PBA, Units 等等 Assembly Assembly作作为对为对象

3、象, , 适用适用温温度和任意振度和任意振动动的的阶阶梯形的梯形的应应力力, , 找出找出 设计设计裕量的裕量的过过程中程中, , 发现并发现并改善改善设计设计中的弱点中的弱点, , 从从而提高可靠性的一而提高可靠性的一种测试种测试1.1 1.1 加速试验的定义加速试验的定义 1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要 加速加速寿寿命命试验试验和加速和加速应应力力试验试验的比的比较较 种类种类目的目的对对象象方法方法加速加速寿寿命命试验试验推定使用推定使用条条件下件下的的寿寿命命器件或器件或简单简单的的 Assy Assy适用一定的适用一定的应应力力利用利用寿寿命命- -应应力的力的关关系式

4、系式加速加速应应力力试验试验找出找出设计设计的缺点的缺点及提高可靠性及提高可靠性PBA PBA 或或AssyAssy适用适用阶阶梯形梯形应应力和力和复复合合应应力力1.1 1.1 加速试验的定义加速试验的定义 1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要1.2 1.2 加速寿命试验的必要性及期待效果加速寿命试验的必要性及期待效果 1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要加速加速寿命寿命实验实验的必要性的必要性 在新品的在新品的开发过开发过程中程中, , 为为了了调查调查潜在的故障模式或比潜在的故障模式或比较设计较设计和制造方法或和制造方法或 评评价可靠性价可靠性, ,并进并进行行寿寿命命试

5、验试验 随随着着设计设计和制造技和制造技术术的的发发展展, , 许许多多产产品都具有很高的可靠性品都具有很高的可靠性, , 因此在使用因此在使用条条件下做件下做 寿寿命命试验试验，将会将会消耗很多消耗很多时间时间和和费费用用 随随着着产产品生命周期品生命周期(life cycle)(life cycle)的的变变短短, ,为了满足多样化的消费需求为了满足多样化的消费需求, , 确保市场的竞争力确保市场的竞争力 要求在要求在极极短的短的时间内开发并评时间内开发并评价出价出产产品品 因此在因此在尽尽快的快的时间内时间内，需要得到有，需要得到有关产关产品的可靠性的信息品的可靠性的信息, , 为为此使

6、用加速此使用加速寿命寿命实验实验加速加速寿寿命命试验试验的期待效果的期待效果 通通过缩过缩短短试验试验周期和周期和开发开发周期周期 ，最，最终终可以降低可以降低开发费开发费用用 尽尽快可以收集到快可以收集到为为了了评评价价设计设计的的产产品的性能信息和潜在的故障模式品的性能信息和潜在的故障模式, , 设计设计上的上的 弱点弱点, , 重要器件的确重要器件的确认认等有等有关关可靠性的信息可靠性的信息尽尽快地推定使用快地推定使用条条件下的可靠性尺度件下的可靠性尺度 ( (故障率故障率, B, B1010 寿寿命等命等 ) )，可以保，可以保证证可靠性可靠性快速的市快速的市场进场进入入或交期的或交期

7、的缩缩短短预预防市防市场场故障故障(A/S, (A/S, 索索赔赔等等 ) )快速的技快速的技术发术发展，增加了展，增加了未知的因未知的因数数开发开发危危险险的的减减少少以及可靠性的保以及可靠性的保证证加速加速试验试验1.2 1.2 加速寿命试验的必要性及期待效果加速寿命试验的必要性及期待效果 1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要1.3 1.3 加速加速方法方法 时间时间加速加速 增加增加连续连续或或间间歇歇动动作的次作的次数来尽数来尽心加速的方法心加速的方法 ( (eXeX) ) 烤烤面包机面包机 2 2次次/ /天天 当评当评价以价以2020年的中年的中间值间值(B(B5050)

8、)来设计来设计的的烤烤面包机的可靠性面包机的可靠性时时 365365次次/ /天天 大大约约需要需要4040天天ononoffoff8hrs8hrs16hrs16hrs1 1天天ononoffoff8hrs8hrs1 1天天8hrs8hrs 8hrs8hrs( (实际实际使用使用条条件件) )( (加速加速试验条试验条件件) )1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要 利用劣化特性的加速利用劣化特性的加速 比例于使用比例于使用时间时间, , 具有退化特性的具有退化特性的项项目目 ( (例例) ) 电电容的容的静电静电容量是容量是随随着着时间时间的流逝具有的流逝具有线线性性减减少的特性少的特

9、性, , 假假设对设对比初期比初期值值10%10%为为 故障，如果故障，如果10001000小小时时减时时减少了少了5%5%话话, , 可以推定在可以推定在20002000小小时时时时就出就出现现故障故障 严严密的意密的意义义上上讲讲不能不能说说是加速是加速, , 但是但是缩缩短短时间时间的的这这点上点上, , 可以可以认为认为是加速的一是加速的一种种形式形式 应应力力( (温温度度, , 湿湿度度, , 振振动动, , 电压电压, , 压压力等力等 ) )加速加速 把把应应力力设计设计加加严严后做后做试验并试验并促促进进故障的故障的 所所谓谓的加速的加速试验试验一般表示一般表示为对应为对应力

10、的加速力的加速 Strength Stress : Strength Stress : 故障故障1.3 1.3 加速加速方法方法1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要1.4 1.4 应力施加的方法应力施加的方法 恒定恒定应应力加速力加速试验试验(constant-stress accelerated test)(constant-stress accelerated test) 应应力施加方法中的最代表性的方法力施加方法中的最代表性的方法 将将一定水准的一定水准的应应力力维维持到持到试验结试验结束束时间为时间为止的方法止的方法 步步进应进应力加速力加速试验试验(step-stress a

11、ccelerated test)(step-stress accelerated test) 将应将应力水准力水准变为阶变为阶梯形的梯形的( (主要是增加主要是增加) )实验实验方法方法应力应力时间时间应力应力时间时间1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要 序序进应进应力加速力加速试验试验(progressive-stress accelerated test)(progressive-stress accelerated test) 随随着着时间时间的推移的推移, , 连续连续地增加地增加应应力的加速力的加速实验实验方法方法 应应力的增加率很力的增加率很难维难维持持为为一定的比例一定的

12、比例 循循环应环应力加速力加速试验试验(cyclic-stress accelerated test)(cyclic-stress accelerated test) 对试验产对试验产品上所加的品上所加的应应力水准像正弦曲力水准像正弦曲线线一一样样，发发生周期生周期变变化的化的实验实验方法方法应力应力时间时间应力应力时间时间1.4 1.4 应力施加的方法应力施加的方法 1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要 应应力施加方法的力施加方法的优优缺点缺点试验试验优优点点缺点缺点恒定恒定应应力力- - 试验条试验条件和使用件和使用环环境境类类似似- 试验进试验进行行单纯单纯-对对很多材料和器件的

13、模型的很多材料和器件的模型的研研究和究和证证明明- - 可用可用数数据分析的据分析的 S/W S/W - - 比起步比起步进进形或序形或序进进形形应应力力试验试验， 不能快速得到不能快速得到数数据据步步进进形形应应力力- 比起恒定比起恒定应应力力试验试验，快速得到，快速得到数数据，据， 因此，也可以快速推定因此，也可以快速推定对对模型和模型和 寿寿命的信息命的信息 - 使用使用环环境和境和( (恒定恒定应应力力) )和和试验环试验环境境 ( (步步进进形形应应力力) )的差的差异异- 由由应应力增加，力增加，产产生故障模式的生故障模式的变变化化 或新模式或新模式序序进进形形应应力力- - 与与

14、步步进进形形应应力力试验试验一一样样- 与与步步进进形形应应力力试验试验一一样样- - 很很难难管理管理试验试验1.4 1.4 应力施加的方法应力施加的方法 1. 1. 加速寿命试验概要加速寿命试验概要2. 2. 加速加速寿寿命命试验试验的原理的原理 就是提高使用就是提高使用项项目目时时所受的外部和所受的外部和内内部部应应力力并并促促进进故障故障现现象象进进行的行的 反反应应速度和劣化速度和劣化 将将市市场场上由上由应应力所力所发发生的全部故障机制或反生的全部故障机制或反应过应过程，能如程，能如实实的加速是很困的加速是很困难难的的 加速加速寿寿命命试验试验有有个个前提前提条条件件就是在就是在这

15、这些些当当中中选时间选时间最最长长的的过过程（程（称为称为律速律速过过程）程） 来来做加速做加速 加速的加速的应应力范力范围当围当中，使加速可能的中，使加速可能的条条件件应满应满足下列足下列条条件件 1) 1) 律速律速过过程的存在程的存在 2) 2) 故障机制的不故障机制的不变变性性 3) 3) 劣化或故障模式的劣化或故障模式的统统一性一性( (规则规则性性) ) 4) 4) 加速性的成立加速性的成立2. 2. 加速加速寿寿命命试验试验的原理的原理 由由单单一的物理化一的物理化学学反反应应所所发发生的生的实际实际故障甚少，基本上是几故障甚少，基本上是几个个反反应组应组合合发发生的生的 这时决

16、这时决定全部反定全部反应应速度的速度的过过程程称为称为律速律速过过程，只有存在律速程，只有存在律速过过程程 ，才可以加速，才可以加速试验时间试验时间 当当反反应应依次依次发发生生时时，决决定全部反定全部反应过应过程的最慢的反程的最慢的反应过应过程作程作为为律速律速过过程程 当当反反应应同同时发时发生生时时，决决定全部反定全部反应应速度的最快的反速度的最快的反应过应过程作程作为为律速律速过过程程 2.1 2.1 律速律速过过程的存在程的存在 2. 2. 加速加速寿寿命命试验试验的原理的原理 即使施加了同即使施加了同样样的的应应力，根据力，根据条条件，件，产产生不同的故障机制生不同的故障机制 器件

17、或材料的故障机制是多器件或材料的故障机制是多样样的的 ，但是即使施加了加，但是即使施加了加严严的的应应力，故障机制也不力，故障机制也不会发会发生生 变变化，而在化，而在实际实际使用使用条条件下，模件下，模拟拟出同出同样样的故障机制就是加速的故障机制就是加速寿寿命命试验试验的基本原的基本原则则 当当故障机制不故障机制不发发生生变变化化时时，应应力和各力和各种试验条种试验条件下的件下的寿寿命分布具有命分布具有规则规则性性2.2 2.2 故障机制的不故障机制的不变变性性 S1 S1 S2 S2 S3S3应应力力时间时间f(t)f(t)2. 2. 加速加速寿寿命命试验试验的原理的原理在劣化在劣化过过程

18、中，有各程中，有各种种故障机制的存在，因此有故障机制的存在，因此有时时无法无法决决定加速定加速参数参数，也存在很，也存在很难难 实证实证和确和确认认故障机制的情故障机制的情况况，这时这时如下如下图调查图调查劣化（或故障）模式劣化（或故障）模式并并推定劣化推定劣化过过程程 劣化劣化( (或故障或故障) ) 模式表模式表现为现为定量模型定量模型2.3 2.3 劣化或故障模式的同一性及劣化或故障模式的同一性及规则规则性性时间时间参参数数劣劣化化量量S1S1S2S2S3S32. 2. 加速加速寿寿命命试验试验的原理的原理 只要加速只要加速寿寿命命试验试验有效有效实实用用时时，加速性是成立的，加速性是成

19、立的，并并且加速性如同加速系且加速性如同加速系数数 一一样样具有定量表具有定量表现现的必要的必要 故障机制的不故障机制的不变变性是性是为为了加速的必要了加速的必要条条件，而不是充分的件，而不是充分的条条件件 加速加速寿寿命命试验试验的必要充分的必要充分条条件件 必要必要条条件件 : : 故障模式和故障机制是一故障模式和故障机制是一样样的的 充分充分条条件件 : : 故障故障发发生生为为止的律速止的律速过过程是均程是均匀匀的的 当满当满足上足上记条记条件件时时，威布尔分布的回，威布尔分布的回归归直直线线几乎成几乎成为为平衡，即形象母平衡，即形象母数数 几乎几乎 是一是一样样的的2.4 2.4 加

20、速性的成立加速性的成立 3. 3. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 定定义义 : : 不能完成或不能完成或满满足足项项目所要求的功能或性能的事件目所要求的功能或性能的事件 在故障力在故障力学观学观点上是点上是负载负载比材料强或材料比比材料强或材料比负载负载弱的弱的问题问题发发生不能完成或生不能完成或满满足足项项目所要求的功能或性能事件目所要求的功能或性能事件为为止的止的时间称为时间称为故障故障时间时间或或寿寿命命3.1 3.1 故障的定故障的定义义故障故障项项目目负载负载 = F(t) = F(t)故障部位故障部位故障模式故障模式: : 破坏破坏故障机制故障机制 : : 疲疲劳劳3. 3

21、. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 作用于作用于项项目的目的负载负载可可诱发应诱发应力，力，这个应这个应力又引起多力又引起多种种故障机制故障机制并并使使项项目目发发生故障生故障 故障机制故障机制 : : 引起引起项项目故障的物理性目故障的物理性 , , 化化学学性性, , 机械性机械性, , 电气电气性性, , 材料性的材料性的过过程程 只有理解了故障机制，才可以只有理解了故障机制，才可以预预防故障，防故障，并并且可以且可以设计设计出可靠性的出可靠性的产产品品 故障模式故障模式 : : 表表现为现为故障机制故障机制结结果的果的现现象或症象或症状状3.2 3.2 故障模式和故障机制故障模式

22、和故障机制3. 3. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 偶偶发发故障故障(overstress failure)(overstress failure) 由外部由外部过过度的度的应应力所引起的故障力所引起的故障 可承受外部可承受外部应应力的力度（力的力度（strength)strength)不充分而不充分而导导致的致的 设计设计者者来来不及收集到全部可能的不及收集到全部可能的应应力信息或也有力信息或也有顾顾客客没没有按照有按照设计规设计规格使用格使用 产产品而品而导导致的情致的情况况 耗耗损损故障故障(wearout failure)(wearout failure) 如器件或材料的耗如器

23、件或材料的耗损损, ,变变形形, , 疲疲劳劳, , 裂裂纹纹, , 龟龟裂裂, , 脱脱离等物理离等物理现现象或腐象或腐蚀蚀或或污污染染 等化等化学学反反应应而而发发生生 由由项项目使用的目使用的时间过长时间过长，性能，性能 降低到无法使用的情降低到无法使用的情况况，主要是，主要是应应力的影力的影响响累累积积 超超过过了耐久的限度而了耐久的限度而发发生生3.3 3.3 故障机制的分故障机制的分类类 决决定有效的加速定有效的加速应应力力 联联系故障机制系故障机制选择选择有效的加速有效的加速应应力力 加速加速应应力力与与故障机制的故障机制的关关系系加速加速应应力力 故障机制故障机制温温度度化化学

24、学反反应应温温度周期度周期由由热热膨膨胀胀系系 差差异异引起的引起的热应热应力力温温度度, , 湿湿度度由水分渗透的影由水分渗透的影响响电压电压过电压过电压, , 不不纯纯物离子的移物离子的移动动 机器疲机器疲劳劳, , 磨磨损损负载负载3. 3. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 3.4 3.4 故障机制和加速故障机制和加速应应力力 例例 电动电动器器 故障模式故障模式 : : 线线圈圈断线断线 故障机制的故障机制的选择选择 电动电动器器内温内温度上升度上升 决决定加速定加速应应力力 选择对线选择对线圈圈带来带来影影响响的的“ “温温度度” ”并进并进行加速行加速试验试验 例例 白白炽炽

25、灯泡灯泡 故障机制的故障机制的选选定定 由灯由灯丝丝的局部的局部温温度上升引起的度上升引起的烧断烧断(Burn Out)(Burn Out) - - 由再由再结结晶及晶及变变大而下垂大而下垂变变形引起的形引起的断线断线 加速加速应应力的力的决决定定 就是就是对对局部局部温温升和下垂升和下垂变变形上形上带来带来影影响响的的应应力力 选择电压选择电压，振，振动动, , 温温度度3. 3. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 3.4 3.4 故障机制和加速故障机制和加速应应力力 例例 电电接接触触机机 利用利用电电磁原理磁原理, , 开关触开关触点点并启动并启动或停止各或停止各种电种电子子仪仪器的

26、装器的装备备 故障模式和故障判定的基准故障模式和故障判定的基准故障模式故障模式故障征兆故障征兆故障判定的基准故障判定的基准 C Coreore部分的故障部分的故障 - - 线线圈圈断线断线 - Core - Core 磨磨损损 - - C Core ore 损损坏坏 - - 噪音噪音变变大大 - - 线线圈上圈上发发生裂生裂纹并纹并 逐步逐步变变大大 - Core- Core尺寸尺寸会变会变大大 发发生噪音判定生噪音判定为为故障故障( (故障征兆故障征兆为为噪音的噪音的变变大大) ) 3. 3. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 3.4 3.4 故障机制和加速故障机制和加速应应力力 加速加

27、速应应力的力的检讨检讨及及选选定定加速因子加速因子检讨检讨要素要素检讨结检讨结果果是否是否选选定定施加性施加性(X)(X)测试测试性性(Y)(Y)ModelingModeling（Z)Z)X XY YZ Z施加施加电压电压可以可以调调整整测试测试容易容易逆功率模型逆功率模型周周围温围温度度受周受周围温围温度度的影的影响响轻轻微的微的变变化化ArrheniusArrhenius模型模型X XX XX X频频率率调调整困整困难难测试测试容易容易逆功率模型逆功率模型X XX X3. 3. 故障模式和故障机制故障模式和故障机制 3.4 3.4 故障机制和加速故障机制和加速应应力力 加速加速寿寿命命试验

28、试验加速加速寿寿命命试验试验(Accelerated Life Test)(Accelerated Life Test) 比使用比使用环环境加境加严严的的条条件下，以件下，以缩缩短短试验时间为试验时间为目的而做的目的而做的试验试验 促促进进故障机制故障机制并测并测出出寿寿命的一命的一种试验种试验方法方法 应应力的加速力的加速 : : 在高在高应应力水准下施加力水准下施加应应力力 间间隔隔动动作作时时 : : 增加反增加反复复的次的次数数 连续动连续动作作时时 : : 加速延加速延长长持持续时间续时间的使用率的使用率 从从加速加速条条件的件的试验结试验结果中推定使用果中推定使用条条件的件的寿寿命

29、命( (外推外推) ) 利用加速利用加速条条件之件之间间存在的存在的规则规则( (加速系加速系数数) ) 故障机制的故障机制的统统一性一性 必要性必要性 克服克服时间与试验单时间与试验单位位数数的制的制约约 极极短的短的时间内时间内，可以掌握，可以掌握产产品的可靠度和性能品的可靠度和性能 加速加速寿寿命命试验试验的步的步骤骤实实施加速施加速试验试验对对象的明确化象的明确化加速模型的加速模型的 适合性适合性( (检讨检讨故障物理故障物理) )调查实验调查实验室及使用室及使用现场现场的基的基础资础资料料( (故障故障原因原因, , 故障故障模式模式/ /mechanism mechanism 等等

30、) ) 树树立立实验计划实验计划判判断断是否适合是否适合实实施施实验实验加速加速试验试验方法的确定及方法的确定及事后管理事后管理资资料整理及料整理及统计统计分析分析验证验证加速加速试验试验方法的再方法的再现现性性不不适适合合适合适合 加速加速寿寿命命试验试验的步的步骤骤 加速加速寿寿命命试验试验寿寿命命试验试验寿寿命和命和应应力之力之间间的的关关系式系式: : 加速模型加速模型寿寿命分布命分布4. 4. 加速模型加速模型4. 4. 加速模型加速模型4.1 4.1 阿累尼阿累尼乌乌斯斯( (Arrhenius)Arrhenius)模型模型 模模拟拟由化由化学学反反应应引起的劣化故障的引起的劣化故

31、障的寿寿命命与应与应力的力的关关系式系式 反反应应速度速度与温与温度具有密切的度具有密切的关关系系时时，可适用的加速模型，可适用的加速模型 适用适用项项目目 电绝缘电绝缘体或体或电电介介质质 , , 润润滑油或滑油或grease grease , , 半半导导体体仪仪器器, , 塑料塑料, , 蓄蓄电电池池, , 白白炽炽灯泡，灯灯泡，灯丝丝等等 体体现现出由出由温温度度应应力的物理力的物理 , , 化化学学性反性反应应速度的依速度的依赖赖性性 化化学学反反应应率和率和温温度度( (绝对温绝对温度度) T) T的的关关系式系式 化化学学反反应应率率 = A = Aexp-Eexp-Ea a/(

32、kT)/(kT) A : A : 常常数数 E Ea a : : 活化能活化能(eV)(eV) K : Boltzmann K : Boltzmann 常常数数, 8.617385, 8.61738510 eV/K10 eV/K T : T : 绝对温绝对温度度(K), +273.15(K), +273.15-5-54. 4. 加速模型加速模型 活化能活化能(Activation Energy)(Activation Energy) 为为了了产产生反生反应应而所需的能量而所需的能量, , 依依赖赖于故障机制于故障机制 1 电电子器件的活化能子器件的活化能电电子器件子器件活化能活化能(eV)(e

33、V)1. Capacitor, Aluminum Electrolytic1. Capacitor, Aluminum Electrolytic2. Diode2. Diode3. Fuse, Ceramic3. Fuse, Ceramic4. IC(Electromigration)4. IC(Electromigration)5. IC(Corrosion)5. IC(Corrosion)6. Transistor, Silicon, Bipolar6. Transistor, Silicon, Bipolar0.810.811.131.133.913.910.5 - 1.20.5 - 1

34、.20.3 - 0.60.3 - 0.61.02 1.041.02 1.04活性活性状态状态正常正常状态状态劣化劣化状态状态4.1 4.1 阿累尼阿累尼乌乌斯斯( (Arrhenius) Arrhenius) 模型模型 4. 4. 加速模型加速模型 假假设为设为化化学学反反应达应达到到临临界量界量时时，发发生故障生故障 临临界量界量 = = ( (反反应应率率) ) ( (故障故障时间时间) ) 故障故障时间时间 = = ( (临临界量界量) / () / (反反应应率率) ) 因此，阿累尼因此，阿累尼乌乌斯的斯的关关系式如下公式表系式如下公式表现为现为反反应时间应时间()()与与反反应应率成

35、反比的形率成反比的形态态 (T) = AexpE (T) = AexpEa a/(kT)/(kT) 当当取取 Log Log 时时，可表，可表现为现为以下的以下的线线形式形式 ln(T) = ln(A) + (E ln(T) = ln(A) + (Ea a/k)(1/T)/k)(1/T)4.1 4.1 阿累尼阿累尼乌乌斯斯( (Arrhenius)Arrhenius)模型模型 4. 4. 加速模型加速模型4.1 4.1 阿累尼阿累尼乌乌斯斯( (Arrhenius)Arrhenius)模型模型 4. 4. 加速模型加速模型 加速性的成立加速性的成立 将两种将两种加速加速条条件下的件下的寿寿命命

36、资资料在料在概概率率纸纸上打点上打点时时，适合于各，适合于各条条件下直件下直线线相互成相互成为为 平衡的平衡的时时，两个条两个条件之件之间间可以成立加速性可以成立加速性 例例 威布尔分布威布尔分布 : : 当两个当两个直直线线的形象母的形象母数数一一样时样时 对数对数正正态态分布分布 : : 当当 一一样样的的时时 加速系加速系数数 假假设当设当任意任意两个两个（1, 21, 2）应应力力条条件之件之间间可成立加速性可成立加速性( (条条件件2 2比比1 1恶恶劣），劣）， 两个条两个条件下的件下的寿寿命命 t1, t2t1, t2与与加速系加速系数数 AFAF成立以下的成立以下的关关系式系式

37、 t1 = (AF) t1 = (AF)t2t24.2 4.2 加速性和加速系加速性和加速系数数 4. 4. 加速模型加速模型 在阿累尼在阿累尼乌乌斯模型的加速系斯模型的加速系数数是是 AF = (Td)/(Ta) = exp AF = (Td)/(Ta) = exp(Ea/k)(1/Td 1/Ta)(Ea/k)(1/Td 1/Ta) 例例) ) 使用于使用于额额定定 85 85的的 Tr. Tr. 在在125125中做了中做了试验试验 活化能活化能 0.7(eV) 0.7(eV)时时，加速系，加速系数数是多少是多少? ? T Td d = 273+85 = 358, T = 273+85 =

38、 358, Ta a = 273+125 =398, E = 273+125 =398, Ea a = 0.7(eV) = 0.7(eV) AF = exp(0.7/8.61 AF = exp(0.7/8.6110 )(1/358 1/398) = 1010 )(1/358 1/398) = 10 因此，可以因此，可以认为认为125125的的 Tr. Tr.的的寿寿命比命比8585加速加速1010倍倍 由此可由此可见见，8585上做上做10001000小小时时和在和在125125上做上做 00 00小小时时的的试验试验效果是同效果是同样样的的 4.2 4.2 加速性和加速系加速性和加速系数数

39、-5-54. 4. 加速模型加速模型4.3 4.3 逆功率逆功率( (Inverse Power)Inverse Power) 模型模型 利用除利用除电压电压 , , 负载负载等等温温度以外的度以外的应应力，被广泛利用的力，被广泛利用的寿寿命命应应力的力的关关系式系式 适用适用项项目目 电绝缘电绝缘体和体和电电介介质质( (利用利用电压电压的耐久的耐久试验试验), ), 闪闪光灯光灯, Ball, Ball，辊辊 轴轴承承, , 随随机械机械负载负载的的单纯单纯金金属属疲疲劳劳, , 白白炽炽灯灯( (真真空管灯空管灯丝丝) ) 等等 故障故障时间时间()()和和应应力力(V) (V) 的的关

40、关系式可以假系式可以假设为设为如下：如下： (V) = (A/V ) (V) = (A/V ) V : V : 应应力力 A, r : A, r : 根据材料根据材料, , 产产品的品的结构结构及及试验试验方法的常方法的常数数r r4. 4. 加速模型加速模型4.3 4.3 逆功率逆功率( (Inverse Power)Inverse Power)模型模型 取取Log Log 可可变为变为如下如下; ; ln( ln(V V) = ln(A) rln(V) = ln(A) rln(V) 逆功率模型的加速系逆功率模型的加速系数数是是 AF = (V AF = (Vd d)/(V)/(Va a)

41、= (V) = (Va a/V/Vd d) ) 逆功率模型的特殊的形逆功率模型的特殊的形态为态为棺材曼森方程棺材曼森方程 (Coffin-Manson Equation), (Coffin-Manson Equation), 帕尔姆格帕尔姆格伦伦方程方程(Palmgrens Equation), (Palmgrens Equation), 泰勒公式泰勒公式(Taylors Equation)(Taylors Equation)等等r r4. 4. 加速模型加速模型4.4 4.4 艾琳艾琳( (Eyring)Eyring)模型模型 与与阿累尼阿累尼乌乌斯模型一同使用于由斯模型一同使用于由温温度引

42、起的加速度引起的加速寿寿命命试验试验的的寿寿命和命和应应力的力的关关系式系式 适用于适用于电电磁磁场场引起的加速引起的加速, , 化化学学性劣化反性劣化反应应的模型的模型 故障故障时间时间()()和和应应力力(V) (V) 关关系假系假设为设为如下：如下： = (A/T) = (A/T)exp(B/kT) exp(B/kT) 只只 : : 平均平均寿寿命命 T : T : 绝对温绝对温度度 A, B : A, B : 根据材料，根据材料，结构结构及及试验试验方法的常方法的常数数 一般化的艾琳一般化的艾琳关关系系 在在复复合加速合加速寿寿命命试验试验中使用的同中使用的同时时施加施加温温度和除度和

43、除温温度以外的度以外的湿湿度度 , , 电压电压, , 电电流等流等 不同不同应应力的力的寿寿命和命和应应力力关关系系 = (A/T) = (A/T)exp(B/kT)expVC+(D/kT) exp(B/kT)expVC+(D/kT) 只只 : : 平均平均寿寿命命, T : , T : 绝对温绝对温度度, V : , V : 温温度以外的度以外的应应力力 A, B, C, D : A, B, C, D : 根据材料根据材料, , 结构结构及及试验试验方法的常方法的常数数4. 4. 加速模型加速模型4.5 4.5 温温度度- -湿湿度度( (Temperature-Humidity)Temp

44、erature-Humidity)模型模型 电电子子产产品特品特别别是在是在 PEM(Plastic Encapsulated Microcircuits) PEM(Plastic Encapsulated Microcircuits)上适用的上适用的 85/85% 85/85% 试验试验就是代表性的高就是代表性的高温温高高湿湿的加速的加速寿寿命命试验试验 Pecht Pecht（佩希特）就是根据高（佩希特）就是根据高温温高高湿湿的加速的加速寿寿命命试验试验模型模型 ，提出如下的，提出如下的关关系式系式 = A(RH) = A(RH) exp(E/kT)exp(E/kT) 这个这个公式就是阿累

45、尼公式就是阿累尼乌乌斯和斯和湿湿度的逆乘度的逆乘关关系相乘的形系相乘的形态态，也，也称为称为PechtPecht的模型的模型-n-n4. 4. 加速模型加速模型4.5 4.5 温温度度- -湿湿度模型度模型 1 寿寿命命 vs. vs. 温温度度( (固定相固定相对湿对湿度度) ) 2 寿寿命命 vs. vs. 相相对湿对湿度度 ( (固定固定温温度度) )5. 5. 故障率和耐久故障率和耐久寿寿命命 产产品的故障可分品的故障可分为为由事故引起的故障和由事故引起的故障和构构成器件的材料的劣化引起的故障成器件的材料的劣化引起的故障 偶偶发发故障是用故障率，劣化引起的故障是用耐久故障是用故障率，劣

46、化引起的故障是用耐久寿寿命命来区来区分分并预测并预测故障故障 故障率故障率预测预测的的概概念念 故障率就是体故障率就是体现现由由过负载过负载引起的偶引起的偶发发故障的可靠性尺度，可定故障的可靠性尺度，可定义为义为每每单单位小位小时时的的 故障故障发发生次生次数数 这种这种形形态态的故障是的故障是当当外部的外部的应应力超力超过过材料的强度材料的强度时产时产生，生，当应当应力不超力不超过过材料的强度材料的强度时时， 即使即使项项目使用了很目使用了很长时间长时间，故障的可能性假，故障的可能性假设设成等同于新的成等同于新的项项目目 5.1 5.1 故障率故障率预测预测的的概概念念 5. 5. 故障率和

47、耐久故障率和耐久寿寿命命负载负载强度强度安全余量安全余量概概率率分布分布(1) (1) 负载负载和强度的分布和强度的分布负载负载概概率率分布分布(2)(2)由由负载负载增加引起的故障增加引起的故障发发生生负载负载强度强度概概率率分布分布(3) (3) 由强度的平均由强度的平均变变化引起的故障的化引起的故障的发发生生负载负载强度强度概概率率分布分布(4) (4) 由强度的分散由强度的分散变变化引起的故障化引起的故障发发生生强度强度5.1 5.1 故障率故障率预测预测的的概概念念 5. 5. 故障率和耐久故障率和耐久寿寿命命 寿寿命命预测预测的的概概念念 寿寿命是由磨命是由磨损损故障故障 (wearout failure) (wearout failure)引起的，引起的，当产当产品的品的损伤损伤程度超程度超过过材料所具有的材料所具有的 耐久限度耐久限度时时，发发生故障生故障 对对材料的材料的损伤储损伤储蓄到其蓄到其产产品耐久的界限品耐久的界限为为止，止，储储蓄的蓄的损伤损伤不能使不能使项项目能性劣化的目能性劣化的 其前提其前提条条件就是件就是随随着着时间时间的